Резюме. Статията показва предимствата на дистанционните астрономически наблюдения като нов подход в обучението по астрономия. Представени са резултатите от нашите дистанционни наблюдения с телескопите „Фолкс“ в реален учебен процес. Този метод на research-базирано обучение провокира интереса на обучаемите и ги мотивира за бъдеща реализация в областта на природните науки.

Ключови думи: interactive educational methods, telescopes, astronomical observations

Въведение

Астрономията е една от най-древните природни науки. Тя е основана на първите наблюдения на движението на Слънцето, Луната, планетите и звездите и откритата цикличност в тях. Основен изследователски метод в астрономията е наблюдението на астрономическите обекти. В процеса на обучение по астрономия в средното и висшето училище е необходимо астрономическото наблюдение да бъде в основата на всяко преподавано и усвоявано астрономическо знание.

Европейската стратегия за развитие на астрономическото обучение във висшето, средното и основното образование изисква използване на астрономически наблюдения за получаване и анализиране на астрономически изображения. Учебни астрономически наблюдения могат да бъдат правени с училищни телескопи, телескопи на народните и научните астрономически обсерватории, роботизирани телескопи. Достъпни за ученици и студенти са и архивите от астрономически изображения на Европейската виртуална обсерватория, космическия телескоп „Хъбъл“, Европейската южна обсерватория и Европейската космическа агенция.

Наблюденията с телескопи се подготвят и провеждат в реален учебен процес и дават уникална възможност за получаване и изследване на астрономически изображения на обекти и процеси. Това допринася за реализирането на качествен и ефективен образователен процес, в хода на който учениците са изключително мотивирани да усвоят максимален обем от астрономични знания и умения.

В последните десетина години все по-широко се провеждат дистанционни наблюдения с роботизирани телескопи. Те се използват не само за научни, но и за образователни цели, т.е. в учебния процес по астрономия.

От седем години в обучението на ученици от курсовете по астрономия в Астрономическата обсерватория и планетариум – Варна, и на студентите от специалности „Астрономия“ и „Физика“ в Шуменския университет се включват астрономически наблюдения с роботизирани телескопи. Това са дистанционни наблюдения, които се реализират по международната програма „Фолкс телескопи“ (фиг. 1).

Дистанционните наблюдения с роботизирани телескопи и мястото им в учебния процес по астрономия

Астрономическите наблюдения играят важна роля при формирането на астрономическите понятия. Чрез провеждане на астрономически наблюдения се повишава интересът към астрономията като наука, свързва се науката с практиката, развиват се качества като наблюдателност, съобразителност, концентрация, внимание и отговорност. Процесът на провеждане на астрономически наблюдения ангажира в най-голяма степен вниманието и съзнанието на учениците и студентите. Подготовката и провеждането на астрономически наблюдения изисква задълбочени и трайни астрономически знания и умения за работа с наблюдателна техника. Тъй като подготовката, провеждането на наблюденията и обработката на астрономически изображения се извършва с помощта на компютри и в интернет среда, е необходима много добра компютърна грамотност на учениците и студентите.

Провеждането на астрономически наблюдения с малките училищни телескопи, които са част от апаратурата в училищните кабинети по физика, не загубва ролята си, тъй като дава възможност за по-добро разбиране и трайно усвояване на астрономически знания, както и за развиване на умения за работа с наблюдателна техника. Но използването на дистанционни астрономически наблюдения с роботизирани телескопи разширява в много по-голяма степен възможността на учителя да покаже и обясни астрономически процеси, обекти и явления.

С астрономическите наблюдения се постига и важното изискване – непосредствено активно участие на учениците в учебния процес (Гюрова et al., 2006). При дистанционните астрономически наблюдения учениците, ръководени от учителя, активно участват в подготовката на наблюдателната програма, управлението на телескопа, получаването на астрономическитe изображения, обработката и анализа на наблюденията. Съвместната динамична работа на учителя и учениците по време на дистанционните астрономически наблюдения (фиг. 2) прави обучението по астрономия изключително интересно и продуктивно.

Друго важно предимство на този нестандартен образователен процес е неговият характер – това е брилянтен пример на т.нар. Research-базирано обучение (Nilson, 2010; Марчев et al., 2009) . Това означава, че учениците и студентите решават научноизследователски задачи с помощта на реални данни, получени от дистанционните астрономически наблюдения. В процеса на това обучение учениците и студентите имат по-голяма самостоятелност при вземането на решения какво ще изследват и как ще извършват наблюденията. Ролята на учителя е не като източник на знания, а като съветник и партньор в провеждането на дистанционните астрономически наблюдения. Освен учителя много често в процеса на такова обучение се включват и учени – професионални астрономи. Обичайна практика е изследователските задачи да са свързани с конкретни научни изследвания на екипи от професионални астрономи. Така едновременно с процеса на обучение се допринася и за решаването на конкретен научен проблем.

Участието на ученици и студенти в реален процес на научно изследване създава умения за критично мислене, за отговорна работа в екип и мотивира младежите за бъдеща реализация в областта на науката. Преимуществото на прилагането на Research-базирано обучение е, че разширява педагогическия инструментариум на учителите. По този начин се постигат много по-добри резултати и трайни знания, основани на разбиране, осмисляне и положителна емоционална мотивация (Nilson, 2010).

Роботизираните „Фолкс телескопи“ в учебния процес по физика и астрономия

Разбирането за важната роля на астрономическите наблюдения в процеса на астрономическото обучение е в основата на проекта „Фолкс телескопи“. През 1998 година английският математик милионер Дил Фолкс чрез своята фондация стартира проекта „Фолкс“ телескопи. Фондацията предоставя над 8,5 млн. паунда за изграждането на два големи професионални телескопа и за създаване на образователни екипи, които да подпомагат училищата в достъпа и работата с телескопите. Построените два телескопа с 2-м огледала са най-големите роботизирани телескопи на планетата за образователни цели. Те са оптична система Ritchey-Chrétien. Единият се намира в обсерваторията „Халеакала“ на остров Мауи на Хаваите (фиг. 3), а другият – в обсерватория в Австралия.

Наблюдателното време на телескопите е достъпно чрез интернет и е организирано в сесии от по 30 минути. Продължителността на наблюдателните сесии и съобразена с продължителността на един учебен час от 40 минути. Наблюденията са организирани така, че да може директно от класната стая да се управлява и работи с телескопите. В началото на проекта двата роботизирани телескопа за образователни цели са финансирани от фондацията на „Фолкс“, но сега те са собственост и се поддържат от организацията Global Telescope Network (LCOGT) в обсерваторията Las Cumbres. Основната философия на проекта е да се ангажират учениците и студентите с реални научни проблеми и те да бъдат активни участници в астрономически изследователски проекти. Едновременно с изучаването на астрономически обекти и процеси учениците и студентите правят краткосрочни или продължителни наблюдения на обекти, изследвани от професионални астрономи – от свръхнови звезди и извънслънчеви планети до обекти от Слънчевата система и близки до Земята астероиди.

Дистанционните наблюдения с „Фолкс“ телескопите се планират и провеждат в зависимост от темите в учебната програма по астрономия.

Провеждането на дистанционните наблюдения следва етапите:

(1) Планиране на наблюдението

Избират се астрономически обекти, чието наблюдение ще разшири и допълни знанията, получени от уроците за нови знания. Поставя се изследователски проблем, чието решение трябва да се намери чрез наблюденията. Избират се дата и час на наблюдението. Подготвя се наблюдателна програма, която включва: списък на обектите с техните екваториални координати, избор на филтър, избор на експозиция в зависимост от яркостта. Проверяват се условията на видимост на обекта спрямо хоризонта и Луната по време на планираното наблюдение (избраните дата и час).

(2) Провеждане на наблюдението

Преди провеждането на планираното наблюдение учениците и студентите използват симулатор за работа с телескопа, за да се научат да работят с него и да го управляват. При обучението се дискутират характеристиките на телескопа и процесът за получаване на астрономически изображения.

Провеждането на наблюдението изисква стабилен и бърз интернет. Наблюдението започва с въвеждането на екваториалните координати на обекта, който ще се наблюдава. Визуализира се площадката от звезди, в която се намира обектът за наблюдение. Прави се проверка за центриране на обекта и се дава команда за насочване на телескопа. Учениците и студентите наблюдават как се изпълнява тяхната команда и как телескопът се насочва към обекта за наблюдение (фиг. 4).

След това се задават експозицията и филтърът, в който трябва да се получат астрономическите изображения (фиг. 5).

Телескопът получава изображението и след това го визуализира. Изображението се качва в специална папка и оттам се изтегля за обработка и анализ (фиг. 6).

Провеждането на наблюденията изисква много голяма концентрация, внимание, прецизно и бързо въвеждане на данните. След получаване на астрономическите изображения на наблюдаваните обекти се поставят задачите по тяхната обработка и анализ.

За обработка на астрономическите изображения и анализ на получените резултати учениците и студентите използват адаптиран за образователни цели софтуер. В зависимост от поставените образователни цели се извършват необходимите измервания или допълнителна обработка и фотометрия на изследваните обекти.

Допълнителната дискусия с професионални астрономи дава възможност за професионално представяне и анализ на резултатите.

По този начин чрез синхронизиране на поставените образователни и научни цели на наблюдението се постига пълна научна картина за астрономическия обект или процес, който се наблюдава. Учениците и студентите представят в доклади и презентации своята работа с 2-м „Фолкс“ телескоп на национални младежки астрономически конференции и на научни конференции на студенти. Подготвят се отчети за работата с 2-м „Фолкс“ телескоп, които се изпращат в Образователния офис на проекта „Фолкс телескопи“. Проведените дистанционни астрономически наблюдения се предоставят за по-детайлно изследване на астрономи от университетите, партниращи на проекта. Наблюденията, проведени от ученици и студенти от целия свят, се събират в един общодостъпен наблюдателен архив. По този начин се дава възможност за използване на огромен брой наблюдения на много астрономически обекти и процеси в учебно време. Образователният офис на проекта предоставя голям пакет от разработени уроци за астрономически обекти, наблюдавани с „Фолкс“ телескопите от Северното и Южното полукълбо.

Резултати от дистанцинни наблюдения с „Фолкс“ телескопите, проведени от български ученици и студенти

Първите дистанционни астрономически наблюдения на български ученици и студенти са направени на 17 септември 2010 г. Досега са проведени 10 наблюдателни сесии, като са наблюдавани 27 обекта: комети, астероиди, звезди, свръхнови, звездни купове, мъглявини и галактики. Дистанционните астрономически наблюдения са провеждани в реален учебен процес, на международни и национални летни астрономически школи в Националната астрономическа обсерватория – Рожен, национални младежки астрономически конференции и в семинарни упражнения със студенти по астрономия в Шуменския университет „Епископ Константин Преславски“. Всяко дистанционно наблюдение е съобразено с разглеждана тема от учебната програма. Учебното набюдение се провежда със специфична образователна и научна цел, която е съобразена с изискванията на учебната програма по астрономия (Кюркчиева, 2004). При възможност в хода на усвояване на нови знания се правят и научни изследвания и анализи. Научните цели се определят в предварителни дискусии с професионални астрономи от НАО – Рожен, и от различни университети в страната и чужбина. Провежданото обучение, съчетано с научни изследвания, дава много добри резултати: повишава се ефективността на обучението, постига се трайност и осмисленост на знанията, мотивация и интерес към извършване на научни изследвания. В таблица 1 са представени част от целите и получените резултати от наблюденията с 2-м „Фолкс“ телескопи, проведени от български ученици и студенти.

Заключение

Провеждането на дистанционни астрономически наблюдения с 2-м „Фолкс“ телескопи даде възможност на учениците и студентите да усвоят голям обем нови знания за природата на различни типове астрономически обекти и допринесе за развиването на умения за работа и управление на дистанционни телескопи. Усвояването на астрономически софтуер разшири възможностите им за работа с ИК технологии. Съвместната работа с професионални астрономи, както и съчетаването на образователни с научни цели, доведе до висока ефективност на обучението, трайни и осмислени знания по астрономия. Провеждането на дистанционни астрономически наблюдения провокира развиване на интерес и мотивация за бъдеща реализация в областта на природните науки.

NOTES

1. http://www.faulkes-telescope.com/

ЛИТЕРАТУРА

Гюрова, В., Божилова, В., Вълканова, В. & Дерменджиева, Г. (2006). Интерактивността в учебния процес. София: Европрес.

Кюркчиева, Д. (2004). Астрофизика. Шумен:Унив. изд. „Епископ Константин Преславски“.

Марчев, Д., Кюркчиева, Д. & Борисов Б., (2009). КОСМОС – създаване на съвременна база данни за обучение по природни науки: ръководство за разработване на високотехнологични образователни сценарии, Шумен: Унив. изд. „Епископ Константин Преславски“.

Nilson, L.B. (2010). Teaching at its best: a research-based resource for college instructors. New York: John Wiley & Sons.